CN101187095A - 一种低硬度钢材为基体的高精度棉纺钢领及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种低硬度钢材为基体的高精度棉纺钢领及其制造方法，它将洛氏硬度HRA≤65的钢材按所需钢领的形状精密加工成钢领基体，在钢领基体上包覆有一个高硬度耐磨层，该高硬度耐磨层的厚度D满足：1微米≤D≤30微米。其制造方法是在将所述的钢材依次经过下料加工成钢领毛坯，再将钢领毛坯经粗车、精车后加工成圆整度低于40微米、平整度低于10微米的钢领基体，然后，把钢领基体经表面硬化耐磨处理后即得到产品。本发明克服了技术偏见，既可以显著提高棉纺钢领的精度，又满足了棉纺钢领表面的高硬度的耐磨润滑要求，制造方法不仅工艺简单、操作非常轻松，而且显著地降低制造成本，延长了棉纺钢领的使用寿命。

Description

一种低硬度钢材为基体的高精度棉纺钢领及其制造方法

(一)、技术领域

本发明涉及一种钢领及其制造方法，特别是一种棉纺工业中纺纱机上使用的棉纺钢领及其制造方法。

(二)、背景技术

现有的棉纺钢领一般是以洛氏硬度HRA大于81.5的钢材作为钢领基体，对钢领基体进行表面处理，使其包覆一个硬化耐磨层。这种棉纺钢领的最大不足就是精度差，绝大多数产品的圆整度均处于100微米左右，平整度处于60微米左右，甚至有的产品的圆整度最高达到250微米、平整度最高达到120微米，精度这么差的产品必然导致工作的一致性和稳定性均非常差，时常会拉坏钢丝圈及钢领，纺线断头率很高，而且毛羽非常多。产生这些不足的原因与棉纺钢领的传统制造方法紧密相关，传统的制造棉纺钢领的方法一般是按如下的步骤进行的：

1、把洛氏硬度较低的钢材制成钢领毛坯；

2、再将钢领毛坯经粗车、精车后加工成满足钢领几何形状的低硬度的钢领基体；

3、压光；

4、渗碳热处理，温度控制在800℃以上；

5、淬火和回火热处理，温度控制在780℃-860℃之间；

6、抛光，形成高硬度的钢领基体，其洛氏硬度满足：HRC高于58或HRA大于81.5；

7、检验高硬度的钢领基体的精度，即其圆整度和平整度是否符合国家部颁标准，部颁标准是：圆整度必须小于220微米，平整度必须小于100微米；

8、对不符合标准的，一般在10％以上，必须修复校正，然后再检验、再校正，如此反复，直至产品符合标准为止。

9、对符合标准的高硬度的钢领基体进行表面处理；

10、油封入库。

在上述步骤中，第4步的渗碳热处理可以根据所选用的材料来决定做还是不做，但第5步的淬火和回火处理是必定要做的。渗碳热处理、球形退火、淬火和回火处理的目的都是为了提高钢领基体的硬度，无论上述的步骤4、5是全做，还是部分做，虽然均能提高钢领基体的硬度，但是，由于均是在高温下进行的，因此，在步骤1、2、3所加工出来的精度很高的低硬度的钢领基体不可避免地发生几何热变形，显著地降低了钢领的精度，这是目前棉纺钢领精度很差的根本原因。

传统的棉纺钢领的生产方法不仅严重影响了产品的精度，而且还存在工艺复杂、劳动强度大、加工成本高的不足，就目前而言，加工一只棉纺钢领的成本是高于1.1元人民币。

本领域的技术人员一直渴望但始终未能成功地解决上述技术问题，究其原因是由于以往的生产方式对技术人员普遍造成了技术偏见。在生产钢领的初期，金属表面处理的技术仅限于表面的润滑处理，如果把低硬度的钢材加工成棉纺钢领，由于低硬度的钢材表面粗糙，钢领与钢丝圈之间的摩擦系数很大，在锭速较高的情况下，钢领与钢丝圈之间的磨擦发热非常严重，不仅烧坏钢丝圈，而且产生热磨损，使硬度本来就低的钢领表面严重受损，严重影响纺纱性能。因此，技术人员清楚地明白，钢领基体必须采用高硬度的钢材，但是，问题又出来了，高硬度的钢材加工非常困难，加工精度非常差，根本不能满足纺纱生产的技术要求，为了解决这一问题，技术人员先采用低硬度的钢材加工成精度很高的钢领基体，再经过渗碳、淬火、回火等工艺，来提高钢领基体的硬度，就目前而言，钢领基体的洛氏硬度必须满足HRA高于81.5。随着金属表面处理技术的不断发展，目前，金属表面处理技术不仅可以表面耐磨润滑，还可以充分提高金属表面的硬度，其洛氏硬度远远可以满足HRA≥81.5要求，但是，所属领域的技术人员却普遍存在着“钢领基体的硬度必须要高”的技术偏见，致使技术人员对因高温热处理的钢领所造成的精度差的问题一直渴望但始终未能成功的解决。

(三)、发明内容

本发明的目的之一就是提供一种低硬度钢材为基体的高精度棉纺钢领，它克服了上述的技术偏见，既可以显著提高棉纺钢领的精度，又满足了棉纺钢领表面的高硬度的耐磨润滑要求。

本发明的目的之二就是提供一种针对上述棉纺钢领的制造方法，它不仅工艺简单、操作非常轻松，显著提高棉纺钢领的精度，而且显著地降低制造成本。

本发明的第一个目的是通过这样的技术方案实现的，它将洛氏硬度HRA≤65的钢材按所需钢领的形状精密加工成钢领基体，在钢领基体上包覆有一个高硬度耐磨层，该高硬度耐磨层的厚度D满足：1微米≤D≤30微米。

在本发明中，洛氏硬度是以压痕塑性变形深度来确定硬度指标。HRC是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料；HRA是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料。

钢领基体的洛氏硬度可以是HRA＝65，也可以是HRA＝25，还可以是HRA＝5。高硬度耐磨层的洛氏硬度满足：81.5≤HRA≤100，其中，硬度耐磨层可以是镀铬层，镀铬层的厚度是15微米～30微米，镀铬层的洛氏硬度是HRA＝81.5；高硬度耐磨层也可以是镀钛层，镀钛层的厚度是1微米～3微米，镀铬层的洛氏硬度是HRA＝85；高硬度耐磨层还可以是陶瓷层，陶瓷层的厚度是10微米～25微米，陶瓷层的洛氏硬度是HRA＝100。

本发明的第二个目的是通过这样的技术方案实现的，它是在将所述的钢材依次经过下料加工成钢领毛坯，再将钢领毛坯经粗车、精车后加工成圆整度低于40微米、平整度低于10微米的钢领基体，然后，把钢领基体经表面硬化耐磨处理后即得到产品。

本发明中，满足洛氏硬度HRA≤65的钢材有很多种，如20号钢，它可以是板材，也可以得管材，还可以是棒材。当然它可以是以粉末的形式，经粉末冶金工艺制成钢领毛坯。本发明中，将选用的低硬度的钢加工成钢领毛坯、再经粗车、精车加工成钢领基体，这些工艺均是现有的非常成熟的技术，由于钢的硬度低，因此，数控车床完全可以轻易地加工出精度满足圆整度低于40微米、平整度低于10微米的钢领基体。本发明中，钢领基体的表面硬化耐磨处理工艺也是现有的非常成熟的技术，它既可以保证钢领表面的耐磨润滑性，又可以保证钢领表面的高硬度，其维氏硬度HV满足900度～1100度。所谓维氏硬度是指以49.03～980.7N负荷，将相对面夹角为136度的方锥形金刚石压入器压材料表面，保持规定时间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。它适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。

本发明就是克服目前本领域技术人员的普遍存在的“钢领基体必须采用高硬度的钢”的技术偏见，省去了渗碳、淬火及回火等用于提高钢领基体硬度又造成钢领精度差的热处理工艺，以低硬度的钢材作为钢领基体，完全保证了棉纺钢领的高精度要求，同时，也采用现有成熟的表面硬化耐磨处理技术，保证钢领表面的耐磨润滑性和硬度要求。不仅工艺简单，操作方便，而且显著降低了制造成本，在使用过程中显著地减少钢丝圈损坏的数量，断头和毛羽明显减少。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

1、工艺简单，显著地降低了制造成本，生产操作非常轻松。

2、在保证足够硬度耐磨性(微氏硬度满足900度～1100度)的前提下，显著地提高棉纺钢领的精度，延长了使用寿命：圆整度低于40微米，平整度低于20微米。在实际生产过程中，70％以上的产品的圆整度低于20微米、平整度低于10微米。

3、：在同等条件下，使用本发明，断头率、毛羽因棉纺钢领的精度高而显著地减少，并可以提高锭速，实现省时省力又省钱的目的，让使用者劳动强度显著降低。

(四)、具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

本发明的棉纺钢领是将洛氏硬度HRA≤65的钢材按所需钢领的形状精密加工成钢领基体，在钢领基体上包覆有一个高硬度耐磨层，该高硬度耐磨层的厚度D满足：1微米≤D≤30微米。

在本发明中，洛氏硬度是以压痕塑性变形深度来确定硬度指标。HRC是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料；HRA是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料。

钢领基体的洛氏硬度可以是HRA＝65，也可以是HRA＝25，还可以是HRA＝5。高硬度耐磨层的洛氏硬度满足：81.5≤HRA≤100，其中，硬度耐磨层可以是镀铬层，镀铬层的厚度是15微米～30微米，镀铬层的洛氏硬度是HRA＝81.5；高硬度耐磨层也可以是镀钛层，镀钛层的厚度是1微米～3微米，镀铬层的洛氏硬度是HRA＝85；高硬度耐磨层还可以是陶瓷层，陶瓷层的厚度是10微米～25微米，陶瓷层的洛氏硬度是HRA＝100。

本发明的生产棉纺钢领的制造方法是在将所述的钢材依次经过下料加工成钢领毛坯，再将钢领毛坯经粗车、精车后加工成圆整度低于40微米、平整度低于10微米的钢领基体，然后，把钢领基体经表面硬化耐磨处理后即得到产品。

本发明中，满足洛氏硬度HRA≤65的钢材有很多种，如20号钢，它可以是板材，也可以得管材，还可以是棒材。当然它可以是以粉末的形式，经粉末冶金工艺制成钢领毛坯。本发明中，将选用的低硬度的钢加工成钢领毛坯、再经粗车、精车加工成钢领基体，这些工艺均是现有的非常成熟的技术，由于钢的硬度低，因此，数控车床完全可以轻易地加工出精度满足圆整度低于40微米、平整度低于10微米的钢领基体。本发明中，钢领基体的表面硬化耐磨处理工艺也是现有的非常成熟的技术，它既可以保证钢领表面的耐磨润滑性，又可以保证钢领表面的高硬度，其维氏硬度HV满足900度～1100度。所谓维氏硬度是指以49.03～980.7N负荷，将相对面夹角为136度的方锥形金刚石压入器压材料表面，保持规定时间后，用测量压痕对角线长度，再按公式来计算硬度的大小。它适用于较大工件和较深表面层的硬度测定。

本发明就是克服目前本领域技术人员的普遍存在的“钢领基体必须采用高硬度的钢”的技术偏见，省去了渗碳、淬火及回火等用于提高钢领基体硬度又造成钢领精度差的热处理工艺，以低硬度的钢材作为钢领基体，完全保证了棉纺钢领的高精度要求，同时，也采用现有成熟的表面硬化耐磨处理技术，保证钢领表面的耐磨润滑性和硬度要求。不仅工艺简单，操作方便，而且显著降低了制造成本，在使用过程中显著地减少钢丝圈损坏的数量，断头和毛羽明显减少。

在上述制造方法中：

(1)、所述的下料加工成钢领毛坯是：以钢材为板材形式，经过冲压成形后制成钢领毛坯；或者，以钢材为管材形式，经过切割、冲压后制成钢领毛坯；或者，以钢材为金属粉末形式，经过粉末冶金加工成钢领毛坯；

(2)、所述的粗车、精车是：用数控车床按照钢领形状的尺寸粗略地加工出钢领基本外形，然后严格地按照钢领尺寸精密地加工出钢领基体，以保证钢领的高精度，精度要求是：圆整度低于40微米，平整度低于10微米；

(3)、所述的表面硬化耐磨处理是对钢领基体表面进行镀铬处理，其步骤如下：

①、对钢领基体进行清洗；

②、用盐酸进行酸洗；

③、对酸洗后的钢领基体进行清洗；

④、对钢领基体表面进行电镀25～40分钟，其中，电镀温度控制在55℃～58℃，每100个钢领基体的通电电流是260～350安培，电镀液是由铬酐、硫酸、攻牙油精、双氧水和水等组份构成，各组份占总重量的百分比分别是：铬酐：20％，硫酸：2％，攻牙油精：2％，双氧水：0.8％，余量为水；

⑤、检验、油封入库。

上述表面中，攻牙油精又称C26添加剂，它主要是在钢领表面起润滑耐磨的作用。表面硬化耐磨处理的方式有很多，在这里只是一个实施例，并非是本发明的限定性说明。

Claims (10)

1.一种低硬度钢材为基体的高精度棉纺钢领，其特征在于它将洛氏硬度HRA≤65的钢材按所需钢领的形状精密加工成钢领基体，在钢领基体上包覆有一个高硬度耐磨层，该高硬度耐磨层的厚度D满足：1微米≤D≤30微米。

2.如权利要求1所述的低硬度钢材为基体的高精度棉纺钢领，其特征在于：钢领基体的洛氏硬度HRA＝65。

3.如权利要求1所述的低硬度钢材为基体的高精度棉纺钢领，其特征在于：钢领基体的洛氏硬度HRA＝25。

4.如权利要求1所述的低硬度钢材为基体的高精度棉纺钢领，其特征在于：钢领基体的洛氏硬度HRA＝5。

5.如权利要求1、2、3或4所述的低硬度钢材为基体的高精度棉纺钢领，其特征在于高硬度耐磨层的洛氏硬度满足：81.5≤HRA≤100。

6.如权利要求5所述的低硬度钢材为基体的高精度棉纺钢领，其特征在于：高硬度耐磨层是镀铬层，镀铬层的厚度是15微米～30微米，镀铬层的洛氏硬度是HRA＝81.5。

7.如权利要求5所述的低硬度钢材为基体的高精度棉纺钢领，其特征在于：高硬度耐磨层是镀钛层，镀钛层的厚度是1微米～3微米，镀铬层的洛氏硬度是HRA＝85。

8.如权利要求5所述的低硬度钢材为基体的高精度棉纺钢领，其特征在于：高硬度耐磨层是陶瓷层，陶瓷层的厚度是10微米～25微米，陶瓷层的洛氏硬度是HRA＝100。

9.如权利要求1、2、3或4所述的低硬度钢材为基体的高精度棉纺钢领的制造方法，它是在将所述的钢材依次经过下料加工成钢领毛坯，再将钢领毛坯经粗车、精车后加工成圆整度低于40微米、平整度低于10微米的钢领基体，然后，把钢领基体经表面硬化耐磨处理后即得到产品。

10.如权利要求9所述的制造方法，其中：

(1)、所述的下料加工成钢领毛坯是：以钢材为板材形式，经过冲压成形后制成钢领毛坯；或者，以钢材为管材形式，经过切割、冲压后制成钢领毛坯；或者，以钢材为金属粉末形式，经过粉末冶金加工成钢领毛坯；

(2)、所述的粗车、精车是：用数控车床按照钢领形状的尺寸粗略地加工出钢领基本外形，然后严格地按照钢领尺寸精密地加工出钢领基体，以保证钢领的高精度，精度要求是：圆整度低于40微米，平整度低于10微米；

(3)、所述的表面硬化耐磨处理是对钢领基体表面进行镀铬处理，其步骤如下：

①、对钢领基体进行清洗；

②、用盐酸进行酸洗；

③、对酸洗后的钢领基体进行清洗；

④、对钢领基体表面进行电镀25～40分钟，其中，电镀温度控制在55℃～58℃，每100个钢领基体的通电电流是260～350安培，电镀液是由铬酐、硫酸、攻牙油精、双氧水和水等组份构成，各组份占总重量的百分比分别是：铬酐：20％，硫酸：2％，攻牙油精：2％，双氧水：0.8％，余量为水；

⑤、检验、油封入库。